摘要：本文以河北某小區(qū)采用地源熱泵與低溫?zé)崴孛孑椛涔┡嘟Y(jié)合的供暖方式為引出點(diǎn)，介紹地源熱泵技術(shù)的發(fā)展及一種地源熱泵的專利技術(shù)和應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)所進(jìn)行的項(xiàng)目推廣，并結(jié)合北京地區(qū)一工程實(shí)例介紹地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)。

    在山東宏力空調(diào)設(shè)備有限公司的網(wǎng)站上有這樣一則新聞“河北省保定市安國華興小區(qū)引入宏力地源熱泵，采用低溫?zé)崴孛孑椛涔┡绞綄?shí)現(xiàn)供暖。這是保定地區(qū)節(jié)約型小區(qū)的典范工程，也在河北省成功樹立了此種項(xiàng)目的樣板工程”。本文下面從供熱熱源，地源熱泵與低溫?zé)崴孛孑椛涔┡奶攸c(diǎn)等方面分別作簡要介紹。

    供熱熱源一般有以下幾種形式：熱電廠，區(qū)域鍋爐房，工業(yè)與城市余熱，地?zé)幔四?，熱泵，太陽能等。前五種屬于集中熱源，后兩種及燃?xì)鉅t、燃油爐等屬于獨(dú)立熱源。在集中熱源受到限制的區(qū)域，獨(dú)立熱源便顯示出自身的優(yōu)勢(shì)，比如熱泵，尤其是地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更加明顯。

    地源熱泵+地板輻射，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崴孛孑椛涔┡夹g(shù)是目前最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保、最節(jié)能方式，供暖效果穩(wěn)定、連續(xù)性好。地源熱泵是利用了地球土壤和水體所儲(chǔ)藏的太陽能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的冷暖空調(diào)系統(tǒng)。地表土壤和水體不僅是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對(duì)的均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中的似乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，地源熱泵是利用可再生能源的一種有效途徑。地源熱泵技術(shù)是一種利用淺層常溫土壤或地下水中的能量作為能源的高效節(jié)能，零污染，低運(yùn)行成本的既可供暖又可制冷并能提供生活熱水的新型熱泵技術(shù)。所謂熱泵（Heat Pump）是一種從低溫?zé)嵩醇橙∧芰浚蛊滢D(zhuǎn)換成有用熱能的裝置。它利用地下常溫土壤或地下水溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過輸入少量的高品位能源（如電能），運(yùn)用埋藏于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水與建筑物內(nèi)部進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)移的冷暖兩用空調(diào)系統(tǒng)。它由水循環(huán)系統(tǒng)、熱交換器、地源熱泵機(jī)組和控制系統(tǒng)組成。它的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、無污染和運(yùn)行費(fèi)用低、空氣質(zhì)量高。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，是一種的理想的“綠色技術(shù)”。從能源角度來說，它是一種用之不盡的可再生能源。夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得地源熱泵系統(tǒng)換熱效率很高。因此在產(chǎn)生同樣熱量或冷量時(shí)，只需小功率的壓縮機(jī)就可實(shí)現(xiàn)，而且冬季運(yùn)行不需要任何輔助熱源和除霜，大大地減少電能消耗和除霜的損失，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

    低溫?zé)崴孛孑椛涔┡且詼囟炔桓哂?0℃的熱水為熱媒，在加熱管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，加熱地板，通過地面以輻射和對(duì)流的方式向室內(nèi)供熱的供暖方式。該方式具有舒適性強(qiáng)，不占用室內(nèi)面積等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的喜愛。地源熱泵的出水溫度正好滿足低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)溫度不高于60℃的要求，不需增加換熱設(shè)備，減少投資，這也是二者相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)所在。

    1946年美國建成第一個(gè)地源熱泵系統(tǒng)。1998年美國商用建筑的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)占到空調(diào)保有量的19％以上，其中在新建筑里面占30％，并以每年10％的速度遞長，美國前總統(tǒng)布什為大力推廣此節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)品，在得克薩斯州鄉(xiāng)間住宅率先應(yīng)用。在歐洲，德國、法國以及北歐的一些國家應(yīng)用較多，瑞士-96%、丹麥-27%、奧地利-38%，他們更多的是利用淺層地?zé)豳Y源，來供熱或者取暖。

    隨著國內(nèi)人們環(huán)保能源意識(shí)的不斷提高，熱泵越來越受到重視，作為一種環(huán)保高效的新能源將逐漸替代主要以礦物能源為主的一次性能源，并將進(jìn)入千家萬戶。這是響應(yīng)國家號(hào)召發(fā)展綠色建筑的需要，也是貫徹落實(shí)黨中央提出的發(fā)展節(jié)能省地型住宅和公共建筑的重要舉措，同時(shí)為人們提供一個(gè)綠色生態(tài)環(huán)保節(jié)能的居住、工作環(huán)境，提高人們的生活品位。

    我國地源熱泵技術(shù)的研究始于上世紀(jì)80年代。中國能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)于1994年9月6日至8日在北京召開了第四次全國地?zé)崮荛_發(fā)利用研討會(huì)；從90年代開始，每屆全國暖通制冷學(xué)術(shù)年會(huì)上都有“熱泵應(yīng)用”的專題；1997年，中國科技部與美國能源部簽署了《中美地?zé)衢_發(fā)利用的合作協(xié)議書》。2000年山東宏力集團(tuán)公司協(xié)助山東建筑工程學(xué)院成立地源熱泵研究所，這是我國首個(gè)以地源熱泵技術(shù)為研究目標(biāo)的科研機(jī)構(gòu)。2000年6月19日至23日，中美地源熱泵技術(shù)交流會(huì)在北京召開。2003年3月17日首屆國際地源新技術(shù)報(bào)告會(huì)由山東宏力集團(tuán)公司在濟(jì)南主辦，其中山東宏力集團(tuán)董事長于奎明、美國OSU地源熱泵專家Spiteler博士、劉曉斌博士、山東建筑工程學(xué)院地源熱泵研究所方肇洪博士、清華大學(xué)熱能工程系、天津大學(xué)熱能工程系、同濟(jì)大學(xué)熱能工程系、浙江大學(xué)制冷與低溫工程研究所、吉林大學(xué)熱能工程系、河北建筑科技大學(xué)、武漢化工學(xué)院土木工程系幾十所高等院校及科研機(jī)構(gòu)應(yīng)邀出席，并展開深入探討，大大提高了國內(nèi)地源熱泵的技術(shù)水平，由國內(nèi)外專家評(píng)定，宏力地源熱泵技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，并填補(bǔ)國內(nèi)空白。2005年，建設(shè)部將地源熱泵技術(shù)列為建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)，有關(guān)方面正在制定相關(guān)政策，推動(dòng)地源熱泵技術(shù)的普及和發(fā)展。作為新型清潔能源的代表，地源熱泵受到國家主管部門重視。建設(shè)部將地源熱泵技術(shù)列為2005建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)并責(zé)成中國建筑科學(xué)研究院空調(diào)所主編的國內(nèi)首個(gè)關(guān)于地源熱泵技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵供暖空調(diào)技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)頒布實(shí)施。

    許多地方各級(jí)政府把發(fā)展地源熱泵作為發(fā)展本地經(jīng)濟(jì)的一個(gè)契機(jī)。北京市自1999年起，進(jìn)行地?zé)峁┡痉豆こ碳暗蜏氐責(zé)崮芴菁?jí)利用技術(shù)研究，取得重大成果。為辦好本屆奧運(yùn)會(huì)，北京市主管部門和科研部門全力合作，相繼進(jìn)行了一些先進(jìn)技術(shù)研究，國內(nèi)外專家提出以地源熱泵為代表的清潔能源符合“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)”的宗旨，應(yīng)當(dāng)在奧運(yùn)工程建設(shè)中推廣、使用，會(huì)議形成倡議書遞交北京市政府和奧運(yùn)會(huì)組委會(huì)，受到有關(guān)方面的高度重視，后詳細(xì)研究及考核，將地源熱泵中央空調(diào)作為2008年北京奧運(yùn)會(huì)指定選用的中央空調(diào)型式。

    地源熱泵技術(shù)在很大程度上為國家節(jié)省能源，緩解電荒，同時(shí)也為用戶節(jié)省了大量的運(yùn)行費(fèi)用。

    山東宏力空調(diào)設(shè)備有限公司作為地源熱泵研發(fā)的專業(yè)公司做了大量的推廣工作。

    自1999年以來，宏力公司研發(fā)生產(chǎn)的20RT以上的8000多臺(tái)商用熱泵、特別是自2001年以來自主研發(fā)的5000多臺(tái)地源熱泵產(chǎn)品已推廣應(yīng)用到全國各地，受到廣大用戶的歡迎，并為我國的綠色建筑節(jié)能技術(shù)盡快趕超世界先進(jìn)水平做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

    山東宏力空調(diào)設(shè)備有限公司于1995年6月在世界風(fēng)箏都濰坊成立，經(jīng)過11年的不斷創(chuàng)新和逐漸擴(kuò)展運(yùn)營范圍，成為國內(nèi)大、中、小型各式中央空調(diào)研發(fā)生產(chǎn)基地，公司研制生產(chǎn)的各型地源熱泵冷熱水機(jī)組、空氣源熱泵冷熱水機(jī)組被國家科技部、國家技術(shù)監(jiān)督總局、國家環(huán)?？偩值任宀课u(píng)為“國家級(jí)重點(diǎn)推廣新產(chǎn)品”；獲得科技部、財(cái)政部、高新技術(shù)創(chuàng)新基金，公司率先通過了ISO9001國家質(zhì)量體系認(rèn)證及ISO14001國際環(huán)境體系認(rèn)證，同時(shí)宏力公司研制開發(fā)的模塊式中央空調(diào)機(jī)組被中國制冷學(xué)會(huì)推薦為“第六屆制冷設(shè)備信得過產(chǎn)品”并且通過了國家科技成果鑒定，專家結(jié)論為“填補(bǔ)國內(nèi)空白，具有重大技術(shù)創(chuàng)新，居國際領(lǐng)先水平”。并先后獲18項(xiàng)擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，拓寬了中央空調(diào)的應(yīng)用范圍，為中國的空調(diào)業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)。

    近幾年，地源熱泵空調(diào)技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用有了很大的發(fā)展，理論和實(shí)踐研究異常活躍，工程應(yīng)用逐年增加，尤其是中國政府和美國政府將地源熱泵空調(diào)技術(shù)納入兩國能源效率和可再生能源合作項(xiàng)目，促進(jìn)了這一技術(shù)國際合作和推廣的應(yīng)用領(lǐng)域，但是如何優(yōu)化機(jī)組系統(tǒng)配置、獲得較高的能效比，是當(dāng)前業(yè)內(nèi)人事關(guān)注的熱點(diǎn)，所以加強(qiáng)技術(shù)交流，將先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、可靠的設(shè)備介紹給大家是非常有意義的。

    地源熱泵空調(diào)機(jī)組與其它形式的空調(diào)一樣，由四大件組成，即蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、膨脹閥，而壓縮機(jī)、膨脹閥為歐美發(fā)達(dá)國家原裝進(jìn)口件，實(shí)際上地源熱泵機(jī)組的研發(fā)主要是蒸發(fā)器和冷凝器。

    山東宏力空調(diào)設(shè)備有限公司工程技術(shù)人員開發(fā)的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，適合地源熱泵機(jī)組使用的新型大容量環(huán)流套管式換熱器，換熱器獲得國家最新專利技術(shù)（專利號(hào)ZL00256109.3；ZL00256108.5），該技術(shù)填補(bǔ)國內(nèi)空白，達(dá)到國際先進(jìn)水平,這種新型環(huán)流套管換熱器通過使用特制的等內(nèi)徑異壁低肋內(nèi)螺紋紫銅（或白銅）換熱管有效地加強(qiáng)了蒸發(fā)器從單向流到蒸發(fā)器出口管段的換熱條件，以及對(duì)換熱管危險(xiǎn)區(qū)的加強(qiáng)，有效地保證了換熱器的可靠性，分別采用獨(dú)特的內(nèi)空間設(shè)計(jì)將換熱器內(nèi)水流速從原來的1.5m/s提升到3.2m/s和等徑分液技術(shù)充分發(fā)揮了換熱管使用效率，降低了材料的消耗量，既提高了換熱器的傳熱系數(shù)，又解決了易堵塞和制作成本的問題，而且通過標(biāo)準(zhǔn)模塊組合的方式有效的擴(kuò)充了換熱器的使用范圍（2kW～260kW）。不僅繼承了傳統(tǒng)換熱器的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)換熱器傳熱系數(shù)低、容量小、易堵塞、易泄露等缺點(diǎn)。

    由于環(huán)流套管換熱器的特點(diǎn)使其在地源熱泵機(jī)組上的應(yīng)用具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，山東宏力空調(diào)設(shè)備有限公司于2000年成功開發(fā)出了環(huán)流模塊化地源熱泵機(jī)組，同年通過了國家壓縮機(jī)制冷設(shè)備質(zhì)量檢測中心的檢測（制冷性能系數(shù)高達(dá)5.86，制熱性能系數(shù)高達(dá)4.46，）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家規(guī)定的一級(jí)節(jié)能產(chǎn)品性能，并先后申報(bào)十四項(xiàng)國家專利，并獲得了國家級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證及CIAA產(chǎn)品認(rèn)證，充分肯定了環(huán)流模塊化地源熱泵機(jī)組的性能。

    下面以北京區(qū)一實(shí)例給大家介紹一下：

    北京莫奈花園別墅群位于北京市順義區(qū)空港城，是北京地區(qū)較大的高檔次住宅項(xiàng)目，集綠色、親水、國際化、增值、人文、交通六位于一體，生態(tài)環(huán)境與人居環(huán)境和諧共生的住宅示范區(qū)，其主要為別墅式住宅，同時(shí)還包括娛樂、辦公、學(xué)校等，其別墅住宅一期共計(jì)80余套。按甲方要求其原工程設(shè)計(jì)為冬季燃汽鍋爐采暖，夏季普通家用空調(diào)制冷，經(jīng)詳細(xì)比較及計(jì)算其運(yùn)行費(fèi)用，最后確定其中42套為地源熱泵機(jī)組，共計(jì)約60000平方米，冬季采暖、夏季制冷以降低其費(fèi)用。

    （1）主機(jī)型式

    因北京冬季溫度較低，家用空調(diào)當(dāng)溫度低于7℃時(shí)其制熱量衰減較嚴(yán)重，同時(shí)存在夏季制冷系數(shù)較低等問題，同時(shí)根據(jù)北京市文件，位于順義區(qū)地下水取用受到嚴(yán)格限制，排除水源熱泵機(jī)組。因此在同甲方多次接觸后，采用地源熱泵機(jī)組用以制冷及采暖。因其原有機(jī)房面積較小，不能安裝，經(jīng)和甲方協(xié)商后，安裝于一樓樓梯底，因其位于室內(nèi)，與會(huì)客廳接，所以其外觀及噪聲要求極為嚴(yán)格，最后確定選用宏力產(chǎn)低噪音數(shù)碼柔性旋流式地源模塊機(jī)組。

    根據(jù)其建筑單體別墅建筑面積為366m2，根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ19—87及《民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)措施》，其單位面積冷負(fù)荷按100W/m2，單位面積熱負(fù)荷按85W/m2，總體冷負(fù)荷為36.6kW，總體熱負(fù)荷為31.1kW，根據(jù)總體冷熱負(fù)荷選用DM-10Q（R）型地源模塊冷熱水機(jī)組，制冷量為38kW；制熱量為32kW。

    (2)工程施工

    考慮順義區(qū)莫奈花園地下情況，88米以下均為巖石，其施工難度較高，同時(shí)考慮其施工成本，因此在本工程中地下埋管為雙U型管，埋管深度為80米，每套別墅400m2，共計(jì)5孔，孔間距為5米，每戶埋管合計(jì)400米。其地埋管材質(zhì)為高密度聚乙烯管PE100，管徑為32mm，壁厚2.9mm，鉆孔孔徑為150mm。

    (3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    根據(jù)其別墅單體面積較小，室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水采用自來水定壓補(bǔ)水，室外埋管系統(tǒng)采用小型補(bǔ)水箱定壓補(bǔ)水?？紤]其室內(nèi)空間及節(jié)省管材，主管采用異程設(shè)計(jì)，其水流速按2m/s設(shè)計(jì)，地埋管循環(huán)系統(tǒng)水流速按1.2～2.5m/s設(shè)計(jì)。

    (4)設(shè)備運(yùn)行效果

    機(jī)組安裝完畢后經(jīng)調(diào)試，當(dāng)環(huán)境溫度35℃時(shí)，地源熱泵機(jī)組冷媒水進(jìn)水溫度12℃，出水溫度7℃，室內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到20～24℃，制熱時(shí)熱媒水進(jìn)水溫度40℃，出水溫度45℃，室內(nèi)溫度可達(dá)到18～24℃，完全達(dá)到空調(diào)制冷、制熱設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行效果理想，甲方十分滿意。

    宏力公司的其他一些工程實(shí)例：

    天津現(xiàn)代綠色大酒店—準(zhǔn)五星級(jí)，建筑面積80000平方米，使用了宏力深井水型地源熱泵，供酒店冷、暖及熱水（該酒店為目前亞洲第一生態(tài)大酒店）

    銀川高速公路60多個(gè)服務(wù)、收費(fèi)站-使用宏力近4000多萬元地源熱泵產(chǎn)品。

    泰山市污水處理廠—利用污水，使用宏力污水型水源熱泵四臺(tái)，供冷、暖及生活用水的需要。

    棗莊金莊煤礦—利用500米以下礦井廢水，使用宏力水源熱泵共80000平方米冷、暖兩用型空調(diào)。

    杭州國際休閑博覽園——共十幾萬平方米，使用宏力地表水型冷、熱兩用型熱泵機(jī)組

    南京綠博園—各主要建筑使用了宏力螺旋地埋管地源熱泵，供冷、暖及生活用水的需要

    佳木斯鴻基偉業(yè)大廈—建筑面積3萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實(shí)現(xiàn)供暖，室內(nèi)溫度達(dá)到22℃以上。

    佳木斯交巡、警支隊(duì)—建筑面積約1.5萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實(shí)現(xiàn)供暖，室內(nèi)溫度達(dá)到22℃以上。

    樂陵廣播電視局—共1.0萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實(shí)現(xiàn)供暖，室內(nèi)溫度達(dá)到21℃以上。

    河北邢臺(tái)旭陽花園—建筑面積10萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實(shí)現(xiàn)供暖。

    南陽市萬家園小區(qū)—建筑面積約4萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實(shí)現(xiàn)供暖，室內(nèi)溫度達(dá)到22℃以上。

    河北省保定市安國華興小區(qū)—建筑面積約5萬平方米，選用宏力地源熱泵，采用地板輻射方式實(shí)現(xiàn)供暖。

    淮安丹桂園小區(qū)—建筑面積12萬平方米，使用60米以上淺層地下水進(jìn)行制冷、制熱和衛(wèi)生熱水，選用宏力地源熱泵。

    宏力公司擁有投資1000多萬元的國家級(jí)熱泵實(shí)驗(yàn)室，設(shè)有經(jīng)山東省科技廳批準(zhǔn)成立的“山東省熱泵工程研究中心”，并和國內(nèi)、外大專院校熱泵科研機(jī)構(gòu)虛擬熱泵設(shè)計(jì)研究院組成了一支專家級(jí)熱泵研發(fā)隊(duì)伍，可以在第一時(shí)間收集到國內(nèi)、外熱泵發(fā)展的最新前沿信息。讓我們共同努力為振興民族工業(yè)，發(fā)展熱泵產(chǎn)業(yè)、使熱泵這一新興的朝陽產(chǎn)業(yè)屹立于世界同行業(yè)之林而奮斗！